先进导航技术第一讲导航技术发展概述
先进导航技术 第一讲 导航技术发展概述
一、在需求牵引下导航技术与时俱进1、概述导航自古就是人类生产、生活所必须的一项基本能力；导航设备已成为现代运载器中不可或缺的一项关键设备；运输业和战争是推动导航手段发展的主要动力
一、在需求牵引下导航技术与时俱进 ◼ 导航自古就是人类生产、生活所必须的一项基本 能力； ◼ 导航设备已成为现代运载器中不可或缺的一项关键 设备； ◼ 运输业和战争是推动导航手段发展的主要动力。 1 、概述
一、在需求牵引下导航技术与时俱进2、在新形势下导航的重要性日显突出现代战争离不开机械化，但更加依赖信息化；态势感知、远距运载、有效毁伤已成为现代信息化战争中三大关键要素，导航战已打响；态势感知涉及敌我双方信息，目标信息的获取也往往依赖载体自身信息（位置、姿态、航向等）：民用飞机、车、船乃至深空探测运载器导航设备的升级
一、在需求牵引下导航技术与时俱进 2、在新形势下导航的重要性日显突出 ◼ 现代战争离不开机械化，但更加依赖信息化 ； ◼ 态势感知、远距运载、有效毁伤已成为现代信息化 战争中三大关键要素，导航战已打响； ◼ 态势感知涉及敌我双方信息，目标信息的获取也往 往依赖载体自身信息（位置、姿态、航向等）； ◼ 民用飞机 、车、船乃至深空探测运载器导航设备的 升级
一、在需求牵引下导航技术与时俱进（续）3、对导航的新需求更高的定位精度（由公里级到米级）更强的抗干扰能力（能在强电子对抗环境下工作）快速反应能力；全天候能力；足够的抗毁能力；体积、重量成倍减少，价格成倍降低
一、在需求牵引下导航技术与时俱进（续） ◼ 更高的定位精度（由公里级到米级）； ◼ 更强的抗干扰能力（能在强电子对抗环境下工作）； ◼ 快速反应能力； ◼ 全天候能力； ◼ 足够的抗毁能力； ◼ 体积、重量成倍减少，价格成倍降低。 3、对导航的新需求
二、对三种导航技术途径的评估1、按标志导航（1）按标志物（路标、灯塔）导航是最古老也是最基本的导航样式，建立“智能标志物”（即无人遥控台、站）将具有重大实用价值：(2）物理场参数（地形、图像、重力场、磁场等）也可作为导航的标志，地形匹配技术已获成功应用，其它按物理场参数导航的方式在未来20年还会有突破性进展，仿生学研究会给我们许多启发。构建联网的“智能标志物”、建立各类物理场的数3）据库、完善量测手段、和探讨新的匹配算法是当代按标志物导航的四大课题
二、对三种导航技术途径的评估 1、按标志导航 （1）按标志物( 路标、灯塔)导航是最古老也是最基本的 导航样式，建立“智能标志物”（即无人遥控台、 站）将具有重大实用价值； （2）物理场参数（地形、图像、重力场、磁场等）也可 作为导航的标志，地形匹配技术已获成功应用，其 它按物理场参数导航的方式在未来20 年还会有突 破性进展，仿生学研究会给我们许多启发。 （3）构建联网的“智能标志物” 、建立各类物理场的数 据库、完善量测手段、和探讨新的匹配算法是当代 按标志物导航的四大课题
二、对三种导航技术途径的评估1、按标志导航（续）研击机着舰是一个按标志导航的新课题。其标志物是一个活动跑道，跑道不仅在运动中（速度方向与跑道中心线有夹角）还有随舰的纵、横摇及沉浮，而飞机要以240千米/小时的速度和一4°的不变下倾角冲向预定着舰挂钩点，这是一个高速、精确、定向/定点“会合”问题，对相对高度的预估差1.5米就会导致挂不上阻拦索。因此歼击机着舰是世界上最难的“回家”。光电探测与惯导的组合有可能成为在复杂气象和恶劣海情条件下解决研击机着舰的安全、有效途径
二、对三种导航技术途径的评估 1、按标志导航(续) 歼击机着舰是一个按标志导航的新课题。其标志物 是一个活动跑道，跑道不仅在运动中（速度方向与跑道 中心线有夹角）还有随舰的纵、横摇及沉浮，而飞机要 以240千米/小时的速度和－4°的不变下倾角冲向预定着 舰挂钩点，这是一个高速、精确、定向/定点“会合”问 题，对相对高度的预估差1.5米就会导致挂不上阻拦索。 因此歼击机着舰是世界上最难的“回家” 。 光电探测与惯导的组合有可能成为在复杂气象和恶 劣海情条件下解决歼击机着舰的安全、有效途径
二、对三种导航技术途径的评估2、按航位推算导航(1）航位推算导航的演变陀螺罗经十测速仪器指南针十基于陀螺、加电磁计程仪（海）一机械式计速度计的平台一光电计程仪（陆）程仪式、捷联式惯性导航系统（空）一多普勒需达（航向、速度）（三维角速度和加速度）
二、对三种导航技术途径的评估 2、按航位推算导航 指南针＋ 机械式计 程仪 陀螺罗经＋测速仪器 －电磁计程仪（海） －光电计程仪（陆） －多普勒需达（空） 基于陀螺、加 速度计的平台 式、捷联式惯 性导航系统 （航向、速度） （三维角速度和加速度） (1) 航位推算导航的演变
二、对三种导航技术途径的评估2、按航位推算导航（续）（1）经典的航位推算法（基于速度、航向）还有发展余地。随着里程仪分辨率的提高、光学探测器和伪卫星的辅助以及算法的改进，低成本、中高精度陆用定位/定向系统的研制有可能取得突破；陆地车辆与飞行器运动的最大不同除了可停车外，就是基本上没有侧向和法向平移，因此用经典的航位推算法比常规的惯导算法更为有效，其突出特点是避免了惯导定位中随时间增长的误差
二、对三种导航技术途径的评估 2、按航位推算导航(续) （1）经典的航位推算法( 基于速度、航向)还有发展余地。 随着里程仪分辨率的提高、光学探测器和伪卫星的 辅助以及算法的改进，低成本、中高精度陆用定位/ 定向系统的研制有可能取得突破； 陆地车辆与飞行器运动的最大不同除了可停车 外，就是基本上没有侧向和法向平移，因此用经典的 航位推算法比常规的惯导算法更为有效，其突出特点 是避免了惯导定位中随时间增长的误差
二、对三种导航技术途径的评估2、按航位推算导航（续）高精度里程仪的分辨率可达1~2mm，但由于钢丝弹簧软轴的振动会引起1-2cm的输出噪声，经数据平滑处理后，其测距噪声可达2-3mm（2g），测速噪声可达0.04米/秒（2g），分别见图1；跑车试验表明里程仪与DGPS在3.5公里的直线试验段的测距误差可达0.2米，见图2；在实际使用里程仪时，对其随温度变化的比例系数的修正以及打滑、空转的判别与修正也是十分重要的。如何保证航位推算的另一要素一航向的测量精度也达到万分之一（0.1密位）就成为特别令人关注的问题
二、对三种导航技术途径的评估 ◼ 高精度里程仪的分辨率可达1～2 mm ,但由于钢丝弹簧 软轴的振动会引起1- 2 cm 的输出噪声，经数据平滑处 理后，其测距噪声可达2- 3mm（2σ）,测速噪声可达 0.04米/秒（2σ ），分别见图1； ◼ 跑车试验表明里程仪与DGPS在3.5公里的直线试验段的 测距误差可达0. 2 米,见图2； ◼ 在实际使用里程仪时，对其随温度变化的比例系数的 修正以及打滑、空转的判别与修正也是十分重要的。 ◼ 如何保证航位推算的另一要素——航向的测量精度也 达到万分之一（0.1密位）就成为特别令人关注的问题。 2、按航位推算导航（续）
二、对三种导航技术途径的评估2、按航位推算导航（续）秒的里程仅测距声曲Ww海市E1秒的里程仪测速噪声曲钱0.0.05sAuy0.050.11502506010120030005time
二、对三种导航技术途径的评估 2、按航位推算导航（续）